AES

Report
12 ML Ni/ 0.5 ML Ag/Si( 111 )上
成長之磁特性研究
報告者:李芳谷
校內指導教師:傅斯平 博士
校外指導教師:國立臺灣師範大學物理學系
張丞勛 博士候選人
指導教授:國立臺灣師範大學物理學系
蔡志申 教授
1
摘
要
450 K至550 K Si開始向上擴散,造成鐵磁性下降,至 575
K時磁滯曲線已測不到,無鐵磁性。所以認為 450 K至
575 K時,Si、Ni大量化合成NiSi、N2 以及N2 ,可以
得知Ag不會阻止鎳矽化合,並且在 600 K時,發現部分
Ag會產生退吸附現象。
2
目
錄
 1.動機
 2.儀器、原理
 3.實驗結果與討論
 4.
結論、參考文獻
3
動
機
 1.這次的專題研究之所以會選用Ni、Si的組合,是因為在
半導體產業中矽化鎳所展現優異的表現。
 2.選定 12 ML Ni/ 0.5 ML Ag/Si( 111 )是因為當Ni的厚度小
於nm等級時,會有較好的原子移動率,並且會隨厚度變薄,
隨之提升[3]。
4
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
5
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
6
超高真空儀器
CHA(接收歐傑電子)
SMOKE(測量磁性)
Laser
AES e-gun(射出電子束)
Sample
Manipulator
(調整樣品的距離)
鈦昇華幫浦(利用Ti與氣體化合成
固態,再被渦輪分子幫浦帶走)
7
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
8
真空
真空定義
美國真空學會定義:壓力值小於一大氣壓即為真空。
mbar
Pa
mbar
1
100
Pa
1.10-2
1
Torr
1.33
133
atm
1013
101325
Torr
atm
0.75
-3
7.5.10
1
760
9.87.10-4
表1-1常用壓力單位換算一覽表
9.87.10-6
1.32.10-3
1
9
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
10
真空等級
粗真空
中真空
中高真空
高真空
壓力範圍
(Torr)
760 ~ 100
100 ~ 1
1 ~ 10-4
10-4~ 10-8
分子數/cm3
(at 20。 )
2.5.1019~
3.3.1018
3.3.1018~
3.3.1016
3.3.1016~
3.3.1013
3.3.1013~
3.3.109
≦ 3.3.108
平均自由徑路徑
(λ; cm)
5.10-6~
5.10-5
5.10-5~
5.10-3
5.10-3~ 5
5 ~ 5.104
> 5.104
所需幫浦
機械幫浦
機械幫浦與擴散幫浦的組合
主要殘留氣體
空氣、水、CO2
和一些易揮發溶
液的蒸汽
H2、CO外還有幫浦油蒸氣
表1-2真空度分級表
超高真空
≦ 10-9
機械幫浦、擴散幫浦、
離子幫浦、渦輪分子
幫浦、冷凍幫浦和
鈦昇華幫浦的組合
大部分為H2和CO
11
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
12
為何要真空?
 真空的等級會影響到數據的可信度
 乾淨的材料表面在1.10-6 torr真空中,平均1秒會吸
附一層雜質(1.10-6 torr.Sec = 1 Langmuir)。
13
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
14
蒸鍍
蒸鍍因材料的不同有分兩種,但原理是一樣的。
1.燈絲型:因材料熔點較高,於真空中可直接昇華。
2.坩鍋型:因材料熔點較低,因加熱而熔化後再蒸發。
15
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
16
歐傑電子能譜儀(AES)
能量
17
18
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
19
Auger Signal (arbirary units)
300 K升溫AES原始譜
AES
80000
60000
40000
20000
0
-100
粒
子
數
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
Auger Signal (arbirary units)
歐傑電子能譜儀(AES)
300 K升溫AES微分譜
12000
AES
10000
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-100
0
Kinetic Energy (eV)
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
Kinetic Energy (eV)
動能(電子入射的動能)
20
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
21
表面磁光柯爾效應(SMOKE)
柯爾(Kerr)發現當線偏振光經磁化材料表面反射後會轉變為橢圓
偏振光,且長軸所在的偏振面,會相對於入射偏振光之偏振面偏轉
一角度,此現象稱為磁光柯爾效應(magneto-optic Kerr effect)。
22
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
23
磁滯曲線
飽和磁化量Ms
殘磁量Mr
矯頑力Hc
24
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
25
12 ML Ni /0.5 ML Ag/Si (111) 升溫AES
Auger intensities (arb.units)
12ML Ni/0.5 ML Ag/Si (111) anneal AES
ISi 92
IAg 351
INi 61
2400
1200
0
300
400
500
600
(1)300 K到 550 K探測不到
Si,且Ni、Ag保持不變,
由電子平均自由徑推測,
由於 12 ML Ni與 0.5 ML
Ag蓋住基底Si,且擴散
現象不明顯。
700
Temperature (K)
26
12 ML Ni /0.5 ML Ag/Si (111) 升溫AES
Auger intensities (arb.units)
12ML Ni/0.5 ML Ag/Si (111) anneal AES
ISi 92
IAg 351
INi 61
2400
1200
0
300
400
500
600
Temperature (K)
700
(2)550 K到 600 K時,Si開始
出現且快速增加,Ni訊號、
Ag訊號都下降,是因Si向樣品
表面擴散,而Ni往Si基底擴散,
但Ag由於表面自由能過低,
產生退吸附現象。
(3) 625 K後所有訊號皆穩定不
變,保持一個穩定態。
27
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
28
回憶-磁滯曲線
飽和磁化量Ms
殘磁量Mr
矯頑力Hc
29
12 ML Ni / Ag-Si(111)(AT , LMOKE、PMOKE)原始譜
12 ML Ni/ 0.5 ML Ag/Si( 111 )(AT,PMOKE)
12 ML Ni/ 0.5 ML Ag/Si( 111 )(AT,LOMKE)
0.0126
625K
600K
575K
550K
525K
500K
475K
450K
425K
400K
375K
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
-2000
-1000
0
1000
Magnetic field (Oe)
2000
Kerr singals(arb.units)
Kerr singals (arb.units)
0.014
0.0108
625K
600K
575K
550K
525K
500K
475K
450K
425K
400K
375K
0.0090
0.0072
0.0054
0.0036
0.0018
0.0000
-2000
-1000
0
1000
2000
Magnetic field(Oe)
觀察LMOKE與PMOKE,發現隨溫度上升P方向矯頑力皆比L方向
大10倍以上,所以此系統的磁化易軸為L方向,磁化強度則皆隨著
溫度逐漸下降,當 575 K時皆無法測得磁滯曲線,失去鐵磁性。
30
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
31
回憶-磁滯曲線
飽和磁化量Ms
殘磁量Mr
矯頑力Hc
32
12 ML Ni / Ag-Si(111)(AT , LMOKE)分析
Hc
Ms
Mr
coercive force (Oe)
Kerr intensity (arb.units)
0.00054
0.00036
0.00018
0.00000
74
37
0
300
400
500
600
Temperature (K)
700
300
400
500
600
700
Temperature (K)
33
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
34
12 ML Ni /0.5 ML Ag/Si (111) 升溫AES、AT-LOMKE
Auger intensities (arb.units)
12ML Ni/0.5 ML Ag/Si (111) anneal AES
INi 61
IAg 351
ISi 92
2400
1200
0
300
400
500
600
700
Temperature (K)
Kerr intensity (arb.units)
0.00054
Ms
(1)在 300 K至 550 K時,Ni緩緩擴散至
Ag和Si內,使得Ms、Mr下降。
(2) 550 K至 575 K時,得知 Ni、Ag、Si
開始混合,Ni與Si產生以NiSi為主要的
化合物[4],和部分Ni2Si、NiSi2[6],使
得磁性消失。
Mr
Ni
0.00036
0.00018
0.00000
300
400
500
600
Temperature (K)
700
Ag
Si
平衡
平衡
少量出現
Ms、Mr下降
550 K
Ms、Mr驟降
575 K 大量減少 大量減少 大量出現
平衡
平衡
平衡
Ms、Mr、Hc皆無
600 K
35
12 ML Ni /0.5 ML Ag/Si (111) 升溫AES、AT-LOMKE
Auger intensities (arb.units)
12ML Ni/0.5 ML Ag/Si (111) anneal AES
INi 61
IAg 351
ISi 92
2400
1200
(3)接著在600 K Ag產生退吸附現象
(4) 625 K後樣品上只剩NiSi混合一
定量 Ag,歐傑訊號呈現穩定。
0
300
400
500
600
700
Temperature (K)
Kerr intensity (arb.units)
0.00054
Ms
Mr
Ni
0.00036
0.00018
0.00000
300
400
500
600
Temperature (K)
700
Ag
Si
平衡
平衡
少量出現
Ms、Mr下降
550 K
Ms、Mr驟降
575 K 大量減少 大量減少 大量出現
平衡
平衡
平衡
Ms、Mr、Hc皆無
600 K
36
流程圖
1. 真空
2.儀器+原理
實驗儀器
定義
等級
原因
蒸鍍
AES
AES 分析
SMOKE
MOKE
比較
AT-
LMOKE
LMOKE、
AES比較
磁滯曲線
3.實驗
4.總結
升溫AES
結論
37
結論
1.溫度450
K至550 K時由於Ni擴散與Si和Ag
開始產生合金,鐵磁性緩緩下降。
2. 575 K時,Si與Ni大量化合,無磁滯曲線,
失去鐵磁性,主要成分為NiSi與部分N2  、N2 。
3.在 575 K時,鎳矽化合物和Ag混和,
且在 600 K時,部分Ag會產生退吸附現象,所以
可知Ag不會阻止鎳矽化合。
38
參考文獻



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
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film, ”Journal of Vacuum Science and Technolgy A, Vol. 18 No.1 ( 2000 ) 87 - 93
39
提
問
時
間
歡迎各位踴躍發言!
40
我的報告到此結束,
謝謝大家!
41

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